PMN基弛豫铁电晶体的生长、结构与性能

发布时间：2017-07-29 05:14

  本文关键词：PMN基弛豫铁电晶体的生长、结构与性能

  更多相关文章： Er~(3+)掺杂PMN-32PT晶体 晶体生长 电学性能 红外透过率 上转换发光性能

【摘要】：Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)基弛豫铁电晶体具有优异的介电、压电、热释电以及场致应变等性能,在医用成像仪、换能器、超声马达等领域得到了广泛的应用。但是,PMN-xPT晶体较低的矫顽场,在高电场下易被极化,限制了其在大功率器件方面的应用。此外,该类材料作为一种多功能材料,其光学性能方面的不足,影响了该类材料在光电耦合器件领域的应用,比如荧光成像和上转换激光等。基于以上问题,本文制备了PMN基弛豫铁电晶体PMN、PMN-32PT以及Er3+掺PMN-32PT,研究了晶体的生长机制、结构、电学性能以及光学性能,探讨了晶体下转换发光和上转换发光机制。结果表明：采用高温溶液法生长的PMN弛豫铁电晶体具有钙钛矿相结构。晶体表面平整但存在生长台阶,晶体显露面为{100}晶面族,生长最快方向是[111]方向,最慢方向是[100]方向,[110]方向介于二者之间。PMN-32PT熔体在高温熔融状态和晶体生长过程中均具有导电性,其电阻值低于200Ω。PMN-32PT晶体室温下介电常数ε33、介电损耗tanδ、压电常数d33和矫顽场Ec分别是4056、0.023、1072pC/N和5.22kV/cm。采用高温溶液法生长了Er3+掺杂PMN-32PT弛豫铁电晶体,改善了PMN-32PT的光学性能。晶体的室温介电常数ε33、压电常数d33以及矫顽场Ec分别是4300、1210pC/N和6.37kV/cm,矫顽场明显高于PMN-32PT。晶体具有较强的介电弛豫特性,其相变弥散度随着频率的增加而增加,这是因为Er3+的掺杂,改变了晶体内部的极性微区的缘故。晶体的红外透率是68%。晶体在491nm激发光作用下,具有下转换发光特性；在800和980nm激发光作用下,具有上转换发光特性,并且晶体的上转换发光强度随激发光功率的增加而增加。晶体发光机制是双光子作用和合作上转换发光。
【关键词】：Er~(3+)掺杂PMN-32PT晶体 晶体生长 电学性能 红外透过率 上转换发光性能
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O782
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 主要符号表9-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 压电、铁电材料概述10
• 1.2 PMN基弛豫铁电晶体概述10-17
• 1.2.1 PMN基弛豫铁电体的结构特征10-11
• 1.2.2 弛豫特性的相关理论模型11-13
• 1.2.3 PMN基弛豫铁电晶体的制备方法13-14
• 1.2.4 PMN基弛豫铁电晶体的国内外研究现状14-16
• 1.2.5 晶体生长新技术的研究现状16-17
• 1.3 PMN基弛豫铁电晶体存在的主要问题17-18
• 1.4 论文研究的目的和意义18-19
• 1.5 论文研究的主要内容19-20
• 2 实验方法与研究过程20-25
• 2.1 实验原料与仪器设备20
• 2.2 实验研究方案20-21
• 2.3 生长晶体21-22
• 2.3.1 合成原料21
• 2.3.2 原料热分析21-22
• 2.3.3 晶体生长22
• 2.4 熔体导电性研究22
• 2.5 提取晶体22
• 2.6 晶体形貌分析22
• 2.7 晶体相结构22-23
• 2.8 晶体的电畴组态23
• 2.9 晶体电学性能23-24
• 2.9.1 晶体介电性能23-24
• 2.9.2 晶体压电性能24
• 2.9.3 晶体铁电性能24
• 2.10 晶体光学性能24-25
• 3 高温溶液法生长PMN晶体25-34
• 3.1 PMN晶体生长工艺参数25
• 3.2 晶体的形貌分析25-29
• 3.2.1 晶体宏观形貌25-27
• 3.2.2 晶体微观形貌27-29
• 3.3 晶体的相结构分析29-30
• 3.4 晶体生长机制30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 高温溶液法生长PMN-32PT晶体34-48
• 4.1 晶体形貌分析34-36
• 4.1.1 晶体的凝固试样外形和晶粒的宏观形貌分析34-35
• 4.1.2 微观形貌分析35-36
• 4.2 晶体的相结构分析36-37
• 4.3 晶体的电畴组态37-41
• 4.3.1 晶体非本征电畴及消光现象观察37-38
• 4.3.2 升温中的电畴组态观察38-40
• 4.3.3 降温中的电畴组态观察40-41
• 4.4 晶体的铁电性能41-42
• 4.5 晶体的介电性能42-43
• 4.5.1 晶体的介电常数42
• 4.5.2 晶体的介电频谱42-43
• 4.6 晶体的压电性能43-44
• 4.7 弛豫铁电晶体熔体导电性研究44-46
• 4.7.1 升温过程中熔体特性44
• 4.7.2 降温过程中熔体特性44-45
• 4.7.3 磁场对PMN-32PT熔体的抑制作用的分析45-46
• 4.8 本章小结46-48
• 5 高温溶液法生长Er~(3+)掺杂PMN-32PT晶体48-63
• 5.1 晶体原料热分析48-49
• 5.2 晶体形貌49-50
• 5.2.1 晶体宏观形貌49
• 5.2.2 晶体微观形貌49-50
• 5.3 晶体相结构50-51
• 5.4 晶体生长机制51-52
• 5.5 晶体的介电性能52-54
• 5.5.1 介电常数与损耗52
• 5.5.2 晶体的介电温谱及介电弛豫特性研究52-54
• 5.6 晶体的压电性能54
• 5.7 晶体的铁电性能54-55
• 5.8 晶体光学性能55-62
• 5.8.1 晶体红外波段的透过率55-56
• 5.8.2 晶体的可见光及近红外波段的吸收光谱56-57
• 5.8.3 晶体的下转换发光特性57-58
• 5.8.4 晶体的上转化发光特性58-62
• 5.9 本章小结62-63
• 6 结论63-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
• 致谢71-73

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本文编号：587602